WO2015022059A1 - Kraftfahrzeug mit klimakompressormotor als starter der brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftfahrzeug mit klimakompressormotor als starter der brennkraftmaschine Download PDF

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WO2015022059A1
WO2015022059A1 PCT/EP2014/002130 EP2014002130W WO2015022059A1 WO 2015022059 A1 WO2015022059 A1 WO 2015022059A1 EP 2014002130 W EP2014002130 W EP 2014002130W WO 2015022059 A1 WO2015022059 A1 WO 2015022059A1
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electric motor
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Andreas Apelsmeier
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Audi Ag
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Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle having an internal combustion engine and an air conditioning system.
  • the air conditioner has a compressor that is driven by an electric motor. This electric motor is also used as a starter for the internal combustion engine.
  • a motor vehicle of this type is known for example from US 2007/0187953 A1.
  • coupling device for mechanically coupling the electric motor of the compressor of an air conditioner with, for example, a crankshaft of the engine are from the publications DE 199 31 963 A1 and DE 100 01 436 A1 further coupling means for selectively coupling an electric motor with an internal combustion engine for a Start of the internal combustion engine known.
  • coupling device for mechanically coupling the electric motor of the compressor of an air conditioner with, for example, a crankshaft of the engine are from the publications DE 199 31 963 A1 and DE 100 01 436 A1 further coupling means for selectively coupling an electric motor with an internal combustion engine for a Start of the internal combustion engine known.
  • Optional is to be understood here that is controllable by a control signal when the coupling device mechanically couples the electric motor with the internal combustion engine and when not.
  • an internal combustion engine or internal combustion engine is to be understood in particular as a gasoline engine, a diesel engine or a Wankel engine.
  • the electric motor used as a starter requires a very large electrical current, which may be, for example, 1,000 amperes.
  • a conventional starter system is powered by the low-voltage electrical system of the motor vehicle. Under low voltage is to be understood in the context of the invention, a voltage range between 0 volts and 60 volts. If the internal combustion engine has to be started via this starting system, the power must be provided by the low-voltage on-board electrical system.
  • the low-voltage vehicle electrical system is also supplied with safety-relevant consumers. This may be, for example, headlights of the motor vehicle, the electronic stability program (ESP), an electric steering assistance and / or a brake booster. Due to the voltage drop caused at the start of the engine, these safety-relevant consumers may be underserved, so that they no longer fulfill their function.
  • a power semiconductor helps here, which separates the low-voltage electrical system into two parts. Consequently, during startup, there is a stable side with the rated voltage (for example 12 volts for a 12 volt vehicle electrical system) for the operation of the safety-relevant consumers. The starter is then powered by a separate low-voltage battery.
  • the invention has for its object to ensure a stable operation of electrical low-voltage low consumers in a motor vehicle, even if the compressor motor of the air conditioner is used to start an internal combustion engine.
  • the motor vehicle according to the invention comprises an internal combustion engine for driving the motor vehicle for a drive as well as an air conditioning system with an electric motor for driving a compressor of the air conditioning system.
  • the compressor is driven as needed to compress a cooling fluid of the air conditioner by the electric motor.
  • the motor vehicle according to the invention furthermore has a controllably designed coupling device which is designed to mechanically couple the electric motor of the air conditioning system to the internal combustion engine as a function of a control signal.
  • the electric motor is designed to drive the internal combustion engine for starting the internal combustion engine in the state coupled to the internal combustion engine, that is, the electric motor is designed as an electric starter for the internal combustion engine.
  • the coupling device may comprise one of the couplings described in the cited references.
  • couplings as known from the prior art, may be provided in the coupling device, for example an engagement relay, a single-mesh transmission, as it is is known from the thrust screwdriver starter, or a known from the pre-starter coupling mechanism.
  • the motor vehicle according to the invention has at least one low-voltage electrical load, in particular at least one safety-relevant electrical load to be operated at low-voltage.
  • the at least one safety-relevant electrical load can be from the group of headlights, electronic stability program, electric steering assistance and brake booster.
  • a high-voltage board network and a low-voltage electrical system are provided in the motor vehicle according to the invention.
  • a high-voltage electrical voltage is provided, which is more than 60 volts, in particular more than 120 volts.
  • the at least one low-voltage consumer is connected to the low-voltage electrical system for its electrical supply.
  • an inverter of the electric motor of the air conditioner is designed to operate the electric motor directly to the high-voltage voltage of the high-voltage electrical system.
  • the electric motor is designed as a high-voltage electric motor.
  • electric motors for compressor drive are also available in high-voltage versions.
  • the air conditioning system may be a device for conditioning a passenger compartment of the motor vehicle.
  • the air conditioner may be adapted to air condition, ie, to cool and / or to heat one or more devices of the motor vehicle, in particular a component of the high voltage vehicle electrical system, for example a traction battery.
  • the motor vehicle there is the advantage that due to the supply of the electric motor with the high-voltage voltage, a correspondingly low electric current flows during the operation of the electric motor as a starter for the internal combustion engine.
  • the voltage drop in the high-voltage electrical system is correspondingly low.
  • the high-voltage electrical system and the low-voltage electrical system can easily be electrically separated from each other during the start of the internal combustion engine or otherwise decoupled the voltage waveforms in the two electrical systems, so that the operation of the electric motor as a starter no or only a minor effect on the operation of low-voltage consumers, especially the safety-relevant consumer, in the low-voltage electrical system Has.
  • a high-voltage electrical system is usually provided in a motor vehicle having an additional electric drive motor for the ride. In combination with the internal combustion engine already described thus results in a hybrid drive.
  • the supply of the high-voltage electrical system usually takes place via a particularly powerful electrical energy source, such as a traction battery or a fuel cell stack.
  • Converter (DC- DC) coupled to the high-voltage electrical system: to draw net benefits of the powerful source of energy in the low-voltage wiring, according to a development of the motor vehicle according to the invention is network via a DC-DC, the low-voltage wiring.
  • the internal combustion engine is supported by a 12-volt battery, the on-demand starting of the internal combustion engine, if the electric drive motor alone is no longer sufficient for driving, only up to a temperature of usually minus ten ° C possible. At lower temperatures, the internal combustion engine must be operated permanently.
  • this high-voltage electric motor can be used as a starter for the internal combustion engine even at lower temperatures. It thus results in an advantageous manner no temperature-induced lower limit for the support of the internal combustion engine in a hybrid drive system.
  • Motor vehicles with hybrid drive usually have no starter for the internal combustion engine. Instead, the electric drive Tor for driving the motor vehicle also used, if necessary, to start the internal combustion engine by the torque generated by the electric drive motor is transmitted to the crankshaft of the internal combustion engine.
  • the electric drive motor of the hybrid drive must always be operated with a starter reserve, that is for the actual propulsion of the motor vehicle only so much torque may be generated by the electric drive motor that in case of need Drive motor, the additional, necessary for generating a mechanical torque for starting the internal combustion engine additional torque can be generated.
  • this additional torque for starting is very large, so that this results in a very large limitation of performance in purely electric driving (propulsion of the motor vehicle only by the electric drive motor).
  • a control device of the hybrid drive operates the electric drive motor of the hybrid drive without this starter reserve.
  • a difference between a drive torque which can be generated as a maximum by the electric drive motor and a drive torque actually generated by the drive motor for driving the motor vehicle is less than the mechanical torque required for starting the internal combustion engine.
  • the electric drive motor must, if necessary, when the internal combustion engine has to be restarted, just do not even apply the mechanical moment for the support. This is provided in the motor vehicle according to the invention by the electric motor of the air conditioner.
  • the electric motor of the air conditioning system during operation of the compressor is likewise not operated with a starter reserve by a control device of the air conditioning system.
  • a control device of the air conditioning system missing in the event that the electric motor just drives the compressor and a support of the internal combustion engine is required, then applied to start the engine mechanical torque then when driving the compressor.
  • the available power for the air conditioning and cooling is thus reduced for a short time, for example for half a second, one second or two seconds.
  • a controllably configured decoupling device which is designed to mechanically decouple the electric motor of the air conditioning system as a function of a decoupling signal from the compressor.
  • the electric motor can be operated in the decoupled from the compressor state, so that the cooling fluid of the air conditioner is not moved in the compressor.
  • the electric motor of the air conditioner can also be operated exclusively as a starter for the internal combustion engine, without thereby the compressor is operated. Then the maximum mechanical power that can be generated by the electric motor is completely available for starter operation.
  • the electric motor By mechanically coupled to the internal combustion engine by the coupling means, the electric motor, the electric motor can also be supplied to a further function. Accordingly, a development of the motor vehicle according to the invention provides that the electric motor is designed to be operable as an electrical generator for generating electrical energy.
  • the inverter of the electric motor must be designed accordingly in a manner known per se.
  • the electric motor is then designed to recover the electrical energy either by recuperation, that is to say in the state coupled to the internal combustion engine, kinetic energy of the motor vehicle is transmitted to the electric motor via the coupling device of, for example, the crankshaft of the internal combustion engine and there converted electrical energy.
  • the internal combustion engine itself generates mechanical drive energy, which is then converted by the electric motor into electrical energy.
  • electrical energy for charging for example, a traction battery of the high-voltage vehicle electrical system can then be obtained in an advantageous manner from the fuel of the internal combustion engine.
  • the invention also includes a method which relates to those embodiments of the motor vehicle according to the invention, in which the high-voltage electrical system and the low-voltage on-board network are coupled via a DC-DC converter.
  • a method which relates to those embodiments of the motor vehicle according to the invention, in which the high-voltage electrical system and the low-voltage on-board network are coupled via a DC-DC converter.
  • a low-voltage electrical voltage in the low-voltage electrical system is decoupled from the voltage fluctuation caused by the electric motor in the high-voltage electrical system by the DC-DC converter.
  • This can be achieved, for example, by switching semiconductor switches, such as, for example, transistors of the DC-DC converter, into a blocking state. It can also be provided to regulate the low-voltage voltage in the low-voltage vehicle electrical system to a desired value by means of a voltage regulator, which likewise does not transmit a voltage fluctuation in the high-voltage vehicle electrical system to the low-voltage vehicle electrical system.
  • a particularly preferred embodiment of the method according to the invention provides that the compressor is driven by means of the internal combustion engine. This results in the possibility to realize an operating strategy, which allows the optional drive of the compressor with energy from the fuel of the internal combustion engine or (via the electric motor of the air conditioning) network with energy from the high-voltage board. This offers the possibility to increase the efficiency of the motor vehicle.
  • Another particularly preferred embodiment of the method provides for the operation of the electric motor as a generator for feeding electrical energy into the high-voltage electrical system.
  • This is the electric motor the air conditioning system mechanically driven by the coupling device, for example by the internal combustion engine itself or by a recuperative operation of the motor vehicle and in this case electrical energy is generated by the electric motor, which is fed into the high-voltage electrical system.
  • the erfiridungsdorfe motor vehicle is preferably designed as a motor vehicle, especially as a passenger car.
  • the single FIGURE (FIG.) Shows a schematic representation of an embodiment of the motor vehicle according to the invention.
  • the exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention.
  • the described components of the embodiment in each case represent individual features of the invention which are to be considered independently of one another and which also extend the invention independently of one another and thus also individually and in a different combination than the one shown as part of the invention ,
  • the described embodiment can also be supplemented by further features of the invention already described.
  • a motor vehicle 10 is shown schematically, which may be, for example, a motor vehicle, such as a passenger car, act.
  • the motor vehicle has a hybrid drive system or in short a hybrid drive 12, which comprises an internal combustion engine or an internal combustion engine 14 and an electric drive motor 16, that is to say an electric machine.
  • the internal combustion engine 14 and the electric drive motor 16 can, for example, operate on a common shaft 18, which can form the crankshaft of the internal combustion engine 14 and the rotor shaft of the electric drive motor 16.
  • the two drive motors 14, 16 can be mechanically coupled via the transmission 20 in a manner known per se to a remainder of a drive train 22, via which the driving force of the drives 14, 16 is transmitted to wheels (not shown) of the motor vehicle 10.
  • the internal combustion engine 14, the electric drive motor 16 and the transmission 20 can be designed to be coupled and decoupled via a clutch 24 selectively.
  • the motor vehicle 10 further includes a high-voltage electrical system 26, which may have, for example, a high-voltage battery 28 as an electrical energy source.
  • the FIGURE shows how high-voltage DC lines 32 of the high-voltage on-board network 26 can be used by the power electronics 30 to transmit a multi-phase AC voltage, for example a three-phase AC voltage, into a multi-phase AC voltage line 34.
  • An electric air conditioning compressor 36 of the motor vehicle 10 can also be supplied with electrical energy, for example from the high-voltage battery 28, via the DC voltage lines 32.
  • the electric air conditioning compressor 36 can be part of an air conditioning system 38 of the motor vehicle 10, by means of which, for example, a passenger compartment of the motor vehicle 10 or, for example, the high-voltage battery 28 and other high-voltage components can be conditioned.
  • the electric air conditioning compressor may include a compressor 40 and an electric motor 42 for driving the compressor 40.
  • An inverter 44 of the electric motor 42 may be designed to convert the high-voltage DC voltage from the DC voltage lines 32 into a multi-phase, in particular three-phase, AC voltage for operating the electric motor 42.
  • a shaft 46 of the electric motor 42 may be coupled via a clutch 46 and optionally also via a belt or a pinion 48 to the internal combustion engine 14, for example to the crankshaft 18 thereof.
  • a low-voltage on-board network 52 may be coupled to the high-voltage electrical system 26.
  • a voltage of the high-voltage electrical system 26, for example, 400 volts, while a voltage of the low-voltage electrical system, for example, may be 12 volts.
  • a quantity of one or more further electrical consumers 54 which are low-voltage consumers, can be connected to the low-voltage vehicle electrical system 42.
  • the quantity comprises at least one safety-relevant consumer, such as a headlight, an electronic stability program, an electric steering assistance and a brake booster.
  • electric steering assistance a system is means that assists the driver in applying a steering force or automatically makes a steering intervention, for example, if a collision of the motor vehicle 10 threatens with an obstacle and the driver has overlooked this.
  • the motor vehicle 10 may further comprise a charging device (not shown) for charging the high-voltage battery 28 via a vehicle-external supply network, for example a network with 230-volt voltage and 50 Hz hertz alternating frequency.
  • a charging device for charging the high-voltage battery 28 via a vehicle-external supply network, for example a network with 230-volt voltage and 50 Hz hertz alternating frequency.
  • the motor vehicle 10 is driven in a conventional manner depending on a currently selected operating strategy in a conventional manner either purely electrically by means of the electric drive motor 16 or in hybrid operation both via the internal combustion engine 14 and the electric drive motor 16 seen. It follows that the internal combustion engine 14 must be able to be started at any time without loss of comfort. However, in spite of the high power consumption of the starter for the internal combustion engine 14, a stable electrical supply to the safety-relevant consumers 54 in the low-voltage vehicle electrical system must be ensured.
  • the electric air-conditioning compressor 36 is used as a starter for the internal combustion engine 14 for this purpose.
  • This electric air conditioning compressor 36 is fed from the high-voltage electrical system 26 and consists of an inverter, that is, the inverter 44, an electric motor 42 and the compressor 40, which acts as a heat pump.
  • the basic idea is that the electric air-conditioning compressor 36 is mechanically coupled by means of the clutch 46 to the internal combustion engine 14 in accordance with a conventional 12-volt starting system and is operated as a starter via the already contained inverter and the electric motor 42.
  • the available power for the air conditioning and cooling by the air conditioner 38 is so while briefly, for example one second, reduced.
  • the electric motor 42 can also be easily dimensioned without problems with a starting even for a large internal combustion engine 14, such as a diesel engine with 200 hp rated power, without problems.
  • a large internal combustion engine 14 such as a diesel engine with 200 hp rated power
  • an electric motor 42 with a power of 2 kilowatts to 8 kilowatts can easily be connected via a high-voltage On-board network 26 are supplied. Especially in high-voltage air conditioning such electric motors are available.
  • the low-voltage electrical system 52 can be decoupled from the high-voltage electrical system 26. Also, no additional energy storage in the low-voltage electrical system 52 is more necessary. In addition, no power semiconductor for disconnecting the low-voltage electrical system 52 is necessary, as it may be necessary in the operation of a low-voltage starter system. Another point is that the support of the internal combustion engine 14 over the entire temperature range is feasible and thus full electrical driving performance, especially at very low temperatures is possible, since the internal combustion engine 14 are started in this case either at any time by means of the electric motor 42 can. Starting the internal combustion engine 14 is understood to mean the initiation of the ignition processes in the internal combustion engine 14.
  • the hybrid drive 12 both as a serial hybrid as well as to operate as a parallel hybrid.
  • a serial hybrid the internal combustion engine 14 and the electric drive motor 16 are mechanically decoupled, so that the internal combustion engine 14 can be operated at a particularly energy-efficient speed and then electrical power can be generated by means of the electric motor 42 with the clutch 46 closed, which is then in the high-voltage Vehicle electrical system 26 can be fed and can be supplied via the power electronics 30 to the electric drive motor 16.
  • the internal combustion engine 14 and the electric drive motor 16 are mechanically coupled via the clutch 24, so that the internal combustion engine 14 also acts mechanically directly on the drive train 22.
  • the power for the electric air-conditioning compressor 36 can also be optionally provided from the internal combustion engine 14 (via the coupling 46) or also from the high-voltage vehicle electrical system 26, which in turn provides a degree of freedom for setting an optimum efficiency results.
  • the control of the clutch 46 may be effected by a control device, which may be realized for example by a control unit.
  • the tax Ren the power electronics 30 can be done in a conventional manner by a controller of the hybrid drive 12 and thereby the mechanical power generated by the electric drive motor 16 can be adjusted.
  • the invention makes it possible to use an electric high-voltage air-conditioning compressor as a starter system for a hybrid drive in order to guarantee stable operation of safety-relevant consumers in a low-voltage on-board electrical system of a motor vehicle and at the same time make do without a separate starter ,
  • the use of the high-voltage compressor thus results in the synergistic effect of the saved separate starter and simultaneously stabilized low-voltage electrical system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug (10) mit einer Brennkraftmaschine (14) und mit einer Klimaanlage (38), die einen Elektromotor (42) umfasst, der dazu ausgelegt ist, einen Kompressor (40) der Klimaanlage (38) zum Komprimieren eines Kühlfluids anzutreiben. Eine steuerbar ausgestaltete Kupplungseinrichtung (46) ist dazu ausgelegt, den Elektromotor (42) der Klimaanläge (38) in Abhängigkeit von einem Steuersignal mechanisch mit der Brennkraftmaschine (14) zu koppeln. Der Elektromotor (42) ist entsprechend dazu ausgelegt, im mit der Brennkraftmaschine (14) gekoppelten Zustand die Brennkraftmaschine (14) als elektrischer Starter anzutreiben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen stabilen Betrieb von Niedervolt-Verbrauchern (54) in dem Kraftfahrzeug (10) sicherzustellen, wenn der Kompressormotor (42) der Klimaanlage (38) zum Starten einer Brennkraftmaschine (14) genutzt wird. Ein Wechselrichter (44) des Elektromotors (42) der Klimaanlage (38) ist erfindungsgemäß dazu ausgelegt, den Elektromotor (42) unmittelbar mit einer elektrischen Hochvolt-Spannung eines Hochvolt-Bordnetzes (26) des Kraftfahrzeugs (10) zu betreiben.

Description

Kraftfahrzeug mit Klimakompressormotor als Starter der Brennkraftmaschine
BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einer Klimaanlage. Die Klimaanlage weist einen Kompressor auf, der durch einen Elektromotor angetrieben wird. Dieser Elektromotor wird auch als Starter für die Brennkraftmaschine eingesetzt. Ein Kraftfahrzeug dieser Art ist beispielsweise aus der US 2007/0187953 A1 bekannt.
Neben der aus der genannten Druckschrift bekannten Kopplungseinrichtung zum mechanischen Koppeln des Elektromotors des Kompressors einer Klimaanlage mit beispielsweise einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine sind aus den Druckschriften DE 199 31 963 A1 und DE 100 01 436 A1 weitere Kupplungseinrichtungen zum wahlweisen Koppeln eines Elektromotors mit einer Brennkraftmaschine für einen Start der Brennkraftmaschine bekannt. Unter wahlweise ist hier zu verstehen, dass durch ein Steuersignal steuerbar ist, wann die Kupplungseinrichtung den Elektromotor mit der Brennkraftmaschine mechanisch koppelt und wann nicht.
Im Zusammenhang mit der Erfindung ist unter einer Brennkraftmaschine oder Verbrennungskraftmaschine insbesondere ein Ottomotor, ein Dieselmotor oder ein Wankelmotor zu verstehen. Beim Start einer solchen Brennkraftmaschine benötigt der als Starter benutzte Elektromotor einen sehr gro- ßen elektrischen Strom, der beispielsweise 1.000 Ampere betragen kann. Ein herkömmliches Startersystem wird durch das Niedervolt-Bordnetz des Kraftfahrzeugs versorgt. Unter Niedervolt ist im Zusammenhang mit der Erfindung ein Spannungsbereich zwischen 0 Volt und 60 Volt zu verstehen. Wenn über dieses Startsystem die Brennkraftmaschine gestartet werden muss, muss der Strom vom Niedervolt-Bordnetz zur Verfügung gestellt werden. Dies führt zu einem Spannungseinbruch der Niederyoltspannung, das heißt bei beispielsweise 12 Volt-Nennspannung kann diese Spannung auf einen Wert von weniger als 8 Volt oder sogar 6 Volt sinken. Übär das Niederspannungs-Bordnetz werden auch sicherheitsrelevante Verbraucher versorgt. Hierbei kann es sich beispielsweise um Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs, das elektronische Stabilitätsprogramm (ESP), eine elektrische Lenkassistenz und/oder einen Bremskraftverstärker handeln. Durch den beim Start der Brennkraftmaschine verursachten Spannungseinbruch werden diese sicherheitsrelevanten Verbraucher unter Umständen unterversorgt, so dass sie ihre Funktion nicht mehr erfüllen. Nach Stand der Technik hilft hier beispielsweise ein Leistungshalbleiter ab, der das Niedervolt- Bordnetz in zwei Teile auftrennt. Demzufolge gibt es während des Startvor- gangs eine stabile Seite mit der Nennspannung (beispielsweise 12 Volt bei einem 12 Volt-Bordnetz) für den Betrieb der sicherheitsrelevanten Verbraucher. Der Starter wird dann über eine separate Niedervolt-Batterie gespeist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen stabilen Betrieb von elektri- sehen Niedervolt- Verbrauchern in einem Kraftfahrzeug auch dann sicherzustellen, wenn zum Starten einer Brennkraftmaschine der Kompressormotor der Klimaanlage genutzt wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängi- gen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist eine Brennkraftmaschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs für eine Fahrt sowie eine Klimaanlage mit Elektromotor zum Antreiben eines Kompressors der Klimaanlage auf. Der Kompressor wird bedarfsweise zum Komprimieren eines Kühlfluids der Klimaanlage durch den Elektromotor angetrieben. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist des Weiteren eine steuerbar ausgestaltete Kupplungseinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, den Elektromotor der Klimaanlage in Abhängigkeit von einem Steuersignal mechanisch mit der Brennkraftmaschine zu koppeln. Entsprechend ist der Elektromotor dazu ausgelegt, im mit der Brennkraftmaschine gekoppelten Zustand die Brennkraftmaschine zum Starten der Brennkraftmaschine anzutreiben, das heißt der Elektromotor ist als elektrischer Starter für die Brennkraftmaschine ausgestaltet. Die Kupplungs- einrichtung kann eine der in den genannten Druckschriften beschriebenen Kupplungen umfassen. Es können aber auch andere Kupplungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, in der Kupplungseinrichtung bereitgestellt sein, beispielsweise ein Einrückrelais, ein Einspurgetriebe, wie es vom Schub-Schraubtrieb-Starter bekannt ist, oder ein vom Vorlegestarter bekannter Kupplungsmechanismus.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist zumindest einen elektrischen Niedervolt-Verbraucher auf, insbesondere zumindest einen bei Niedervolt- Spannung zu betreibenden, sicherheitsrelevanten elektrischen Verbraucher. Der zumindest eine sicherheitsrelevante elektrische Verbraucher kann aus der Gruppe Scheinwerfer, elektronisches Stabilitätsprogramm, elektrische Lenkassistenz und Bremskraftverstärker sein. Um nun einen stabilen Betrieb des zumindest einen Niedervolt- Verbrauchers auch während des Starts der Brennkraftmaschine mittels des Elektromotors zur gewährleisten, sind bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ein Hochvolt-Bord netz und ein Niedervolt-Bordnetz bereitgestellt. In dem Hochvolt-Bordnetz ist eine elektrische Hochvolt-Spannung bereitgestellt, die mehr als 60 Volt, insbesondere mehr als 120 Volt beträgt. Der zumindest eine Niedervolt-Verbraucher ist für seine elektrische Versorgung an das Niedervolt-Bordnetz angeschlossen. Dagegen ist ein Wechselrichter des Elektromotors der Klimaanlage dazu ausgelegt, den Elektromotor unmittelbar mit der Hochvolt-Spannung des Hochvolt- Bordnetzes zu betreiben. Mit anderen Worten ist der Elektromotor als Hochvolt-Elektromotor ausgelegt. Anders als bei herkömmlichen Startersystemen sind Elektromotoren für den Kompressorantrieb auch in Hochvolt- Varianten verfügbar. Bei der Klimaanlage kann es sich um eine Einrichtung zur Klimatisierung eines Fahrgastraumes des Kraftfahrzeugs handeln. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Klimaanlage dazu ausgelegt sein, ein Gerät oder mehrere Geräte des Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Komponente des Hochvolt-Bordnetzes, beispielsweise einer Traktionsbatterie zu klimatisieren, das heißt zu kühlen und/oder zu heizen.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ergibt sich der Vorteil, dass auf- grund der Versorgung des Elektromotors mit der Hochvolt-Spannung ein entsprechend niedriger elektrischer Strom beim Betrieb des Elektromotors als Starter für die Brennkraftmaschine fließt. Entsprechend gering ist der Spannungseinbruch im Hochvolt-Bordnetz. Zudem können das Hochvolt- Bordnetz und das Niedervolt-Bordnetz während des Starts der Brennkraft- maschine problemlos elektrisch voneinander getrennt werden oder auf andere Weise die Spannungsverläufe in den beiden Bordnetzen entkoppelt werden, so dass der Betrieb des Elektromotors als Starter keine oder nur eine unbedeutende Auswirkung auf den Betrieb der Niedervolt-Verbraucher, insbesondere der sicherheitsrelevanten Verbraucher, im Niedervolt-Bordnetz hat. Deshalb kann in vorteilhafter Weise die Auftrennung des Niedervolt- Bordnetzes unterbleiben, was entsprechend elektrische Schaltkomponenten einspart. Zudem ist keine Energiepufferung in einer separaten Niedervolt- Batterie für den Starter nötig. Insgesamt werden somit bei dem erfindungs- gemäßen Kraftfahrzeug Schaltkomponenten eingespart und dennoch ein stabilerer Betrieb der sicherheitsrelevanten Verbraucher ermöglicht, was zu einer Verbesserung des Automotive Safety Integrity Level (ASIL) nach ISO 26262 führen kann. Ein Hochvolt-Bordnetz ist in der Regel bei einem Kraftfahrzeug bereitgestellt, das einen zusätzlichen elektrischen Antriebsmotor für die Fahrt aufweist. In Kombination mit der bereits beschriebenen Brennkraftmaschine ergibt sich somit ein Hybrid-Antrieb. Die Versorgung des Hochvolt-Bordnetzes erfolgt in der Regel über eine besonders leistungsstarke elektrische Energiequelle, wie beispielsweise eine Traktionsbatterie oder einen Brennstoffzellenstapel. Um von der leistungsstarken Energiequelle auch im Niedervolt-Bord netz Nutzen zu ziehen, ist gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs das Niedervolt-Bord netz über einen DC-DC:Wandler (DC- Gleichstrom) mit dem Hochvolt-Bordnetz gekoppelt.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch das Ausgestalten des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs als Hybrid-Fahrzeug mit Hybrid-Antrieb auch deshalb, weil der Hochvolt-Elektromotor für die Klimaanlage einen Betrieb als Starter für einen größeren Temperaturbereich ermöglicht als eine zusätzliche 12- Volt-Batterie, wie sie zum Stützen eines Starters in einem Niedervolt- Bordnetz nötig wäre. Bei einem Hybrid-Antrieb, dessen Brennkraftmaschine über eine 12-Volt-Batterie gestützt wird, ist das bedarfsweise Zustarten der Brennkraftmaschine, wenn der elektrische Antriebsmotor allein nicht mehr für den Fahrbetrieb ausreicht, nur bis zu einer Temperatur von in der Regel mi- nus 10°C möglich. Bei niedrigeren Temperaturen muss die Brennkraftmaschine dauerhaft betrieben werden. Dagegen ist bei einem Hochvolt- Elektromotor als Antrieb für den Kompressor dieser Hochvolt-Elektromotor auch bei niedrigeren Temperaturen als Starter für die Brennkraftmaschine nutzbar. Es ergibt sich also in vorteilhafter Weise keine temperaturbedingte Untergrenze für den Zustart der Brennkraftmaschine in einem Hybrid- Antriebssystem.
Kraftfahrzeuge mit Hybrid-Antrieb haben in der Regel überhaupt keinen Starter für die Brennkraftmaschine. Stattdessen wird der elektrische Antriebsmo- tor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs auch dazu genutzt, bedarfsweise die Brennkraftmaschine zu starten, indem das von dem elektrischen Antriebsmotor erzeugte Drehmoment auf die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine übertragen wird. Hierdurch ergibt sich aber der Nachteil, dass der elektrische An- triebsmotor des Hybrid-Antriebs stets mit einer Starterreserve betrieben werden muss, das heißt für den eigentlichen Vortrieb des Kraftfahrzeugs darf nur so viel Drehmoment mittels des elektrischen Antriebsmotors erzeugt werden, dass im Bedarfsfall durch den Antriebsmotor das zusätzliche, zum Erzeugen eines mechanischen Moments zum Starten der Brennkraftmaschine nötige Zusatzmoment erzeugt werden kann. Insbesondere bei Dieselmotoren ist dieses Zusatzmoment zum Starten sehr groß, so dass sich hierdurch eine sehr große Einschränkung der Performance bei rein elektrischer Fahrt (Vortrieb des Kraftfahrzeugs nur durch den elektrischen Antriebsmotor) ergibt. Dagegen ist es bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug mit Hybrid- Antrieb in vorteilhafter Weise gemäß einer Ausführungsform ermöglicht, dass eine Steuereinrichtung des Hybrid-Antriebs den elektrischen Antriebsmotor des Hybrid-Antriebs ohne diese Starterreserve betreibt. Mit anderen Worten beträgt eine Differenz zwischen einem bestimmungsgemäß maximal von dem elektrischen Antriebsmotor erzeugbaren Antriebsmoment und einem von dem Antriebsmotor tatsächlich erzeugten Antriebsmoment zum Antreiben des Kraftfahrzeugs weniger als das zum Starten der Brennkraftmaschine nötige mechanische Moment. Der elektrische Antriebsmotor muss im Bedarfsfall, wenn die Brennkraftmaschine zugestartet werden muss, eben nicht selbst das mechanische Moment für den Zustart aufbringen. Dieses wird bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug durch den Elektromotor der Klimaanlage bereitgestellt.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemä- ßen Kraftfahrzeugs wird hierbei aber durch eine Steuereinrichtung der Klimaanlage der Elektromotor der Klimaanlage während eines Betriebs des Kompressors aber ebenfalls nicht mit einer Starterreserve betrieben. Mit anderen Worten fehlt für den Fall, dass der Elektromotor gerade den Kompressor antreibt und ein Zustart der Brennkraftmaschine gefordert ist, das zum Starten der Brennkraftmaschine aufgebrachte mechanische Moment dann beim Antrieb des Kompressors. Die verfügbare Leistung für die Klimatisierung und Kühlung wird also kurzzeitig, beispielsweise für eine halbe Sekunde, eine Sekunde oder zwei Sekunden, verringert. Da es sich bei der Klimatisierung des Kraftfahrzeuginnenraums oder des Hochvolt-Systems aber um einen thermischen Vorgang handelt, sind die Zeitkonstanten dieses Vorgangs verhältnismäßig groß, das heißt die kurzzeitige Leistungsverringerung der Klimaanlage beim Zustand der Brennkraftmaschine ist von Personen im Kraftfahrzeuginnenraum nicht spürbar und auch ohne Einfluss auf Hochvolt- Komponenten.
Bevorzugt ist eine steuerbar ausgestaltete Entkopplungseinrichtung bereitgestellt, welche dazu ausgelegt ist, den Elektromotor der Klimaanlage in Abhängigkeit von einem Entkopplungssignal mechanisch von dem Kompressor temporär zu entkoppeln. Mit anderen Worten lässt sich der Elektromotor im von dem Kompressor entkoppelten Zustand betreiben, so dass das Kühlfluid der Klimaanlage im Kompressor nicht bewegt wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass sich der Elektromotor der Klimaanlage auch ausschließlich als Starter für die Brennkraftmaschine betreiben lässt, ohne dass hierdurch der Kompressor betrieben wird. Dann ist die maximal von dem Elektromotor erzeugbare mechanische Leistung vollständig für den Starterbetrieb verfügbar.
Indem durch die Kupplungseinrichtung der Elektromotor mechanisch mit der Brennkraftmaschine gekoppelt wird, kann der Elektromotor auch einer weiteren Funktion zugeführt werden. Entsprechend sieht eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs vor, dass der Elektromotor als elektrischer Generator zum Erzeugen von elektrischer Energie betreibbar ausgestaltet ist. Hierzu muss entsprechend in an sich bekannter Weise der Wech- selrichter des Elektromotors ausgestaltet sein. Der Elektromotor ist bei dieser Ausführungsform dann dazu ausgelegt, die elektrische Energie entweder durch Rekuperation zu gewinnen, das heißt im mit der Brennkraftmaschine gekoppelten Zustand wird kinetische Energie des Kraftfahrzeugs über die Kupplungseinrichtung von beispielsweise der Kurbelwelle der Brennkraftma- schine zum Elektromotor hin übertragen und dort in elektrische Energie umgewandelt. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Brennkraftmaschine selbst mechanische Antriebsenergie erzeugt, die dann durch den Elektromotor in die elektrische Energie gewandelt wird. Hierdurch kann dann in vorteilhafter Weise aus dem Kraftstoff der Brennkraftmaschine elekt- rische Energie zum Aufladen beispielsweise einer Traktionsbatterie des Hochvolt-Bordnetzes gewonnen werden.
Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren, welches diejenigen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs betrifft, bei welchen das Hochvolt-Bordnetz und das Niedervolt-Bord netz über einen DC-DC- Wandler gekoppelt sind. Um hier einen stabilen Betrieb der elektrischen Verbraucher im Niedervolt-Bordnetz zu gewährleisten, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst ermittelt, ob es einen Bedarf für einen Start der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs gibt. Die Bedarfsermittlung ist an sich aus dem Stand der Technik im Zusammenhang mit Hybrid-Antrieben bekannt. Im Bedarfsfall wird dann der Elektromotor der Klimaanlage mechanisch mit der Brennkraftmaschine gekoppelt, indem die mechanische Kupplungseinrichtung entsprechend angesteuert wird. Durch Betreiben des Elekt- romotors wird dann die Brennkräftmaschine in an sich bekannter Weise gestartet. Während des Betriebs des Elektromotors beim Start der Brennkraftmaschine wird dann aber eine elektrische Niedervolt-Spannung in dem Niedervolt-Bordnetz gegenüber der von dem Elektromotor im Hochvolt-Bordnetz verursachten Spannungsschwankung durch den DC-DC-Wandler entkoppelt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass Halbleiterschalter, wie beispielsweise Transistoren des DC-DC-Wandlers, in einen sperrenden Zustand geschaltet werden. Es kann auch vorgesehen sein, mittels eines Spannungsreglers die Niedervolt-Spannung im Niedervolt-Bordnetz auf einen Sollwert einzuregeln, wodurch ebenfalls eine Spannungsschwankung im Hochvolt-Bordnetz nicht auf das Niedervolt-Bordnetz übertragen wird.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs entsprechen. Aus diesem Grund sind im Folgenden nicht alle erfindungsge- mäßen Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens noch einmal beschrieben.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht allerdings vor, dass der Kompressor mittels der Brennkraftma- schine angetrieben wird. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, eine Betriebsstrategie zu realisieren, welche den wahlweisen Antrieb des Kompressors mit Energie aus dem Kraftstoff der Brennkraftmaschine oder (über den Elektromotor der Klimaanlage) mit Energie aus dem Hochvolt-Bord netz ermöglicht. Dies bietet die Möglichkeit, den Wirkungsgrad des Kraftfahrzeugs zu erhöhen.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht den Betrieb des Elektromotors als Generator zum Einspeisen von elektrischer Energie in das Hochvolt-Bordnetz vor. Hierbei wird der Elektromotor der Klimaanlage über die Kupplungseinrichtung mechanisch angetrieben, beispielsweise durch die Brennkraftmaschine selbst oder durch einen rekuperativen Betrieb des Kraftfahrzeugs und hierbei wird durch den Elektromotor elektrische Energie erzeugt, die in das Hochvolt-Bordnetz einge- speist wird.
Das erfiridungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgestaltet. Im Folgenden ist die Erfindung noch einmal anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierzu zeigt die einzige Figur (Fig.) eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs. Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen aber die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander wei- terbilden und damit auch einzeln und in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar. In der Fig. ist schematisch ein Kraftfahrzeug 10 gezeigt, bei dem es sich beispielsweise um einen Kraftwagen, wie etwa einen Personenkraftwagen, handeln kann. Der Kraftwagen weist ein Hybrid-Antriebssystem oder kurz einen Hybrid-Antrieb 12 auf, der eine Brennkraftmaschine oder einen Verbrennungsmotor 14 und einen elektrischen Antriebsmotor 16, das heißt eine elektrische Maschine umfasst. Die Brennkraftmaschine 14 und der elektrische, Antriebsmotor 16 können beispielsweise auf eine gemeinsamen Welle 18 arbeiten, die die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 14 und die Rotorwelle des elektrischen Antriebsmotors 16 bilden kann. Die beiden Antriebsmotoren 14, 16 können über das Getriebe 20 in an sich bekannter Weise mechanisch mit einem Rest eines Antriebsstrangs 22 gekoppelt sein, über welche die Antriebskraft der Antriebe 14, 16 auf (nicht dargestellte) Räder des Kraftfahrzeugs 10 übertragen wird. Die Brennkraftmaschine 14, der elektrische Antriebsmotor 16 und das Getriebe 20 können über eine Kupplung 24 wahlweise koppelbar und entkoppelbar ausgestaltet sein. Das Kraftfahrzeug 10 weist des Weiteren ein Hochvolt-Bordnetz 26 auf, welches beispielsweise eine Hochvolt-Batterie 28 als elektrische Energiequelle aufweisen kann. An das Hochvolt-Bord netz 26 kann beispielsweise eine Leistungselektronik 30, also insbesondere ein Wechselrichter, zum Betreiben des elektrischen Antriebsmotors 16 angeschlossen sein. In der Fig. ist gezeigt, wie aus Gleichspannungs-Hochvoltleitungen 32 des Hochvolt- Bordnetzes 26 durch die Leistungselektronik 30 in eine mehrphasige Wech- selspannungs-Leitung 34 eine mehrphasige Wechselspannung, beispiels- weise eine dreiphasige Wechselspannung, übertragen werden kann.
Über die Gleichspannungs-Leitungen 32 kann auch ein elektrischer Klimakompressor 36 des Kraftfahrzeugs 10 mit elektrischer Energie beispielsweise aus der Hochvolt-Batterie 28 versorgt werden. Der elektrische Klimakom- pressor 36 kann Bestandteil einer Klimaanlage 38 des Kraftfahrzeugs 10 sein, durch welchen beispielsweise ein Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs 10 oder auch beispielsweise die Hochvolt-Batterie 28 und andere Hochvolt- Komponenten klimatisiert werden können. Der elektrische Klimakompressor kann einen Kompressor 40 und einen Elektromotor 42 zum Antreiben des Kompressors 40 umfassen.
Ein Wechselrichter 44 des Elektromotors 42 kann dazu ausgelegt sein, die Hochvolt-Gleichspannung aus den Gleichspannungs-Leitungen 32 in eine mehrphasige, insbesondere dreiphasige, Wechselspannung zum Betreiben des Elektromotors 42 umzuwandeln. Eine Welle 46 des Elektromotors 42 kann über eine Kupplung 46 und optional auch über einen Riemen oder ein Ritzel 48 mit der Brennkraftmaschine 14, beispielsweise mit deren Kurbelwelle 18, gekoppelt sein. Über einen DC-DC-Wandler 15 kann ein Niedervolt-Bord netz 52 mit dem Hochvolt-Bordnetz 26 gekoppelt sein. Eine Spannung des Hochvolt- Bordnetzes 26 kann beispielsweise 400 Volt betragen, während eine Spannung des Niedervolt-Bordnetzes beispielsweise 12 Volt betragen kann. An das Niedervolt-Bordnetz 42 kann eine Menge aus einem oder mehreren wei- terer elektrischer Verbrauchern 54 angeschlossen sein, die Niedervolt- Verbraucher sind. Die Menge umfasst insbesondere zumindest einen sicher- heitsrelevanten Verbraucher, wie beispielsweise einen Scheinwerfer, ein elektronisches Stabilitätsprogramm, eine elektrische Lenkassistenz und einen Bremskraftverstärker. Mit elektrischer Lenkassistenz ist ein System ge- meint, das den Fahrer beim Aufbringen einer Lenkkraft unterstützt oder das selbsttätig einen Lenkeingriff vornimmt, wenn beispielsweise eine Kollision des Kraftfahrzeugs 10 mit einem Hindernis droht und der Fahrer dies übersehen hat.
Das Kraftfahrzeug 10 kann des Weiteren eine (nicht dargestellte) Ladeeinrichtung zum Aufladen der Hochvolt-Batterie 28 über ein fahrzeugexternes Versorgungsnetz, beispielsweise ein Netz mit 230-Volt Spannung und 50- Hertz Wechselfrequenz, umfassen.
Das Kraftfahrzeug 10 wird in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von einer aktuell gewählten Betriebsstrategie in an sich bekannter Weise entweder rein elektrisch mittels des elektrischen Antriebsmotors 16 oder im hybridischen Betrieb sowohl über die Brennkraftmaschine 14 als auch den elektri- sehen Antriebsmotor 16 angetrieben. Daraus ergibt sich, dass die Brennkraftmaschine 14 zu jedem Zeitpunkt ohne Komforteinbußen gestartet werden können muss. Hierbei muss aber trotz des hohen Stromverbrauchs des Starters für die Brennkraftmaschine 14 eine stabile elektrische Versorgung der sicherheitsrelevanten Verbraucher 54 im Niedervolt-Bordnetz gewährleis- tet sein.
In dem Kraftfahrzeug 10 wird hierzu der elektrische Klimakompressor 36 als Starter für die Brennkraftmaschine 14 genutzt. Dieser elektrische Klimakompressor 36 wird aber aus dem Hochvolt-Bordnetz 26 gespeist und besteht aus einem Inverter, das heißt dem Wechselrichter 44, einem elektrischen Motor 42 und dem Kompressor 40, der als Wärmepumpe fungiert. Der Grundgedanke ist nun, dass der elektrische Klimakompressor 36 entsprechend einem herkömmlichen 12-Volt-Startsystem mechanisch mittels der Kupplung 46 an die Brennkraftmaschine 14 angekoppelt wird und über den bereits enthaltenen Inverter und den Elektromotor 42 als Starter betrieben wird. Die verfügbare Leistung für die Klimatisierung und Kühlung durch die Klimaanlage 38 wird so zwar kurzzeitig, z.B. eine Sekunde, verringert. Da es sich hier aber um thermische Vorgänge handelt, die zeitlich sehr träge sind, ist dies in einem Fahrzeug tolerierbar. Zudem kann der Elektromotor 42 auch problemlos mit einer zum Starten selbst einer großen Brennkraftmaschine 14, beispielsweise einem Dieselmotor mit 200 PS Nennleistung, problemlos ausreichend dimensioniert werden. Beispielsweise kann ein Elektromotor 42 mit einer Leistung von 2 Kilowatt bis 8 Kilowatt problemlos über ein Hochvolt- Bordnetz 26 versorgt werden. Insbesondere in Hochvolt-Klimaanlagen sind solche Elektromotoren verfügbar.
Durch den DC-DC-Wandler ist hierbei das Niedervolt-Bordnetz 52 von dem Hochvolt-Bordnetz 26 entkoppelbar. Auch ist kein zusätzlicher Energiespeicher im Niedervolt-Bordnetz 52 mehr nötig. Zudem ist auch kein Leistungshalbleiter zum Auftrennen des Niedervolt-Bordnetzes 52 nötig, wie es beim Betrieb eines Niedervolt-Startsystems nötig sein kann. Ein weiterer Punkt ist, dass der Zustart der Brennkraftmaschine 14 über den gesamten Tempera- turbereich durchführbar ist und somit volle elektrische Fahrperformance, insbesondere auch bei sehr niedrigen Temperaturen möglich ist, da die Brennkraftmaschine 14 auch in diesem Fall jederzeit wahlweise mittels des Elektromotors 42 gestartet werden kann. Unter Starten der Brennkraftmaschine 14 ist das In Gang setzen der Zündvorgänge in der Brennkraftmaschine 14 zu verstehen. Durch Bereitstellen zweier Kupplungen 24, einer zum wahlweisen Koppeln und Entkoppeln der Brennkraftmaschine 14 und des elektrischen Antriebsmotors 16 und einer zum wahlweisen Koppeln und Entkoppeln des elektrischen Antriebsmotors 16 und des Antriebsstrangs 22, ist es auch möglich, den Hybrid-Antrieb 12 sowohl als seriellen Hybrid als auch als parallelen Hybrid zu betreiben. Als serieller Hybrid sind die Brennkraftmaschine 14 und der elektrische Antriebsmotor 16 mechanisch entkoppelt, so dass die Brennkraftmaschine 14 bei einer besonders energieeffizienten Drehzahl betrieben werden kann und dann elektrische Leistungen mittels des Elektromotors 42 bei geschlossener Kupplung 46 erzeugt werden können, die dann in das Hochvolt-Bordnetz 26 eingespeist werden können und so über die Leistungselektronik 30 dem elektrischen Antriebsmotor 16 zugeführt werden können. Als paralleler Hybrid sind die Brennkraftmaschine 14 und der elektrische Antriebsmotor 16 über die Kupplung 24 mechanisch gekoppelt, so dass auch die Brennkraftmaschine 14 unmittelbar mechanisch auf den Antriebsstrang 22 wirkt.
Abschließend muss genannt werden, dass die Leistung für den elektrischen Klimakompressor 36 je nach Betriebsstrategie auch wahlweise aus der Brennkraftmaschine 14 (über die Kupplung 46) oder auch aus dem Hochvolt- Bordnetz 26 bereitgestellt werden kann, wodurch sich wieder ein Freiheitsgrad zum Einstellen eines optimalen Wirkungsgrades ergibt.
Das Steuern der Kupplung 46 kann durch eine Steuereinrichtung erfolgen, die beispielsweise durch ein Steuergerät realisiert sein kann. Auch das Steu- ern der Leistungselektronik 30 kann in an sich bekannter Weise durch ein Steuergerät des Hybrid-Antriebs 12 erfolgen und hierdurch die von dem elektrischen Antriebsmotor 16 erzeugte mechanische Leistung eingestellt werden.
Insgesamt ist somit gezeigt, wie durch die Erfindung ein elektrischer Hochvolt-Klimakompressor als Zustartsystem für einen Hybrid-Antrieb genutzt werden kann, um hierdurch einen stabilen Betrieb sicherheitsrelevanter Verbraucher in einem Niedervolt-Bordnetz eines Kraftfahrzeuges zu gewähr- leisten und zugleich ohne einen separaten Starter auszukommen. Die Verwendung des Hochvolt-Kompressors ergibt somit den synergistischen Effekt des eingesparten separaten Starters und gleichzeitig stabilisierten Niedervolt-Bordnetzes.

Claims
PATENTANSPRÜCHE:
Kraftfahrzeug (10) mit einer Brennkraftmaschine (14) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs (10) und mit einer Klimaanlage (38), die einen Elektromotor (42) umfasst, der dazu ausgelegt ist, einen Kompressor (40) der Klimaanlage (38) zum Komprimieren eines Kühlfluids anzutreiben, wobei eine steuerbar ausgestaltete Kupplungseinrichtung (46) dazu ausgelegt ist, den Elektromotor (42) der Klimaanlage (38) in Abhängigkeit von einem Steuersignal mechanisch mit der Brennkraftmaschine (14) zu koppeln, und wobei der Elektromotor (42) dazu ausgelegt ist, im mit der Brennkraftmaschine (14) gekoppelten Zustand die Brennkraftmaschine (14) zum Starten der Brennkraftmaschine (14) als elektrischer Starter anzutreiben,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kraftfahrzeug (10) ein Hochvolt-Bordnetz (26) und ein Niedervolt- Bordnetz (52) aufweist und ein Wechselrichter (44) des Elektromotors (42) der Klimaanlage (38) dazu ausgelegt ist, den Elektromotor (42) unmittelbar mit einer elektrischen Hochvolt-Spannung des Hochvolt- Bordnetzes (26) zu betreiben, und zumindest ein elektrischer Niedervolt-Verbraucher (54) für eine elektrische Versorgung an das Niedervolt-Bordnetz (52) angeschlossen ist.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 1 , wobei das Niedervolt-Bordnetz (52) über einen DC-DC-Wandler (50) mit dem Hochvolt-Bordnetz (26) gekoppelt ist.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine (14) Bestandteil eines Hybrid-Antriebs (12) mit einem zum Antreiben des Kraftfahrzeugs (10) ausgestalteten elektrischen Antriebsmotor (16) ist.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 3, wobei eine Steuereinrichtung des Hybrid-Antriebs (12) dazu ausgelegt ist, den elektrischen Antriebsmotor (16) des Hybrid-Antriebs (12) ohne Starterreserve, welche zum Erzeugen eines mechanischen Moments zum Starten der Brennkraftmaschine (14) nötig ist, zu betreiben, so dass eine Differenz zwischen einem bestimmungsgemäß maximal von dem elektrischen Antriebsmotor (16) erzeugbaren Antriebsmoment und einem von dem Antriebsmotor (16) erzeugten tatsächlichen Antriebsmoment zum Antreiben des Kraftfahrzeugs (10) kleiner als das zum Starten der Brennkraftmaschine (14) nötige mechanische Moment ist.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Steuereinrichtung der Klimaanlage (38) dazu ausgelegt ist, den Elektromotor (42) der Klimaanlage (38) ohne Starterreserve zu betreiben.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine steuerbar ausgestaltete Entkopplungseinrichtung bereitgestellt ist, welche dazu ausgelegt ist, den Elektromotor (42) der Klimaanlage (38) in Abhängigkeit von einem Entkopplungssignal mechanisch von dem Kompressor (40) temporär zu entkoppeln.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor (42) als elektrischer Generator zum Erzeugen von elektrischer Energie betreibbar ausgestaltet ist, wobei der Elektromotor (42) dazu ausgestaltet ist, die elektrische Energie im mit der Brennkraftmaschine (14) über die Kupplungseinrichtung (46) gekoppelten Zustand durch Rekuperation von kinetischer Energie des Kraftfahrzeugs (10) beim Entschleunigen des Kraftfahrzeugs (10) und/oder aus einer von der Brennkraftmaschine (14) erzeugten mechanischen Antriebsenergie zu erzeugen.
Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, mit den Schritten:
Ermitteln eines Bedarfs für einen Start der Brennkraftmaschine
(14) und
im Bedarfsfall mechanisches Koppeln des Elektromotors (42) mit der Brennkraftmaschine (14) durch Ansteuern einer mechanischen Kupplungseinrichtung (46) und Betreiben des Elektromotors (42) und hierdurch Starten der Brennkraftmaschine (14), dadurch gekennzeichnet, dass
während des Betriebs des Elektromotors (42) beim Starten der Brennkraftmaschine (14) eine elektrische Niedervolt-Spannung in dem Niedervolt-Bordnetz (52) gegenüber einer von dem Elektromotor (42) im Hochvolt-Bord netz (26) verursachten Spannungsschwankung durch den DC-DC-Wandler (50) entkoppelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, mit dem weiteren Schritt:
Antreiben des Kompressors (40) mittels der Brennkraftmaschine (14).
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Elektromotor (42) der Klimaanlage (38) über die Kupplungseinrichtung (46) mechanisch angetrieben wird und hierbei durch den Elektromotor (42) elektrische Energie erzeugt wird, die in das Hochvolt-Bordnetz (26) des Kraftfahrzeugs (10) eingespeist wird.
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